CN105510958A - 一种适用复杂介质的三维vsp观测系统设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用复杂介质的三维VSP观测系统设计方法，属于石油地震勘探领域。本方法包括：(1)确定目的层和炮点设置范围；(2)根据工区的现有的包括钻进、声波、密度测井资料、已有的地震、地质资料在内的资料建立工区三维数学模型；(3)根据常规VSP设计方法确定井中检波器的摆放位置和排列方式，然后利用射线运动学逆向追踪算法，确定地面炮点的排列方式；(4)在目的层上划分面元，计算面元入射能量：用高斯射线束计算从每个炮点出发，到达目的层的每个面元的能量，将所有能量在目的层面元的叠加生成目的层的波场能量分布图；(5)通过使入射能量均匀化来确定最终炮点排列。

Description

一种适用复杂介质的三维VSP观测系统设计方法

技术领域

本发明属于石油地震勘探领域，具体涉及一种适用复杂介质的三维VSP观测系统设计方法。

背景技术

观测系统设计是VSP野外地震数据采集的施工依据。但长期以来，由于技术的局限，常规的观测系统设计都是假设水平地表和水平介质。随着勘探程度的不断深入，地表平坦和目的层为水平的勘探工区越来越少，大幅度的起伏地表和目的层复杂构造越来越多。在观测系统设计领域一直沿用的手段仍然是假设水平地表和水平介质的设计方法。近年来，有的软件增加了对起伏地表和复杂构造观测系统设计的评价，但仍然没有提出解决的办法。在现有的VSP观测系统设计中，追求的主要目标是覆盖次数的均匀性，这属于地震波的运动学特性，所以在遇到复杂介质的时候，常常出现反射能量盲区。由于采集信息的缺失，导致后续波场分离和偏移成像难有好的结果。现有技术中，也有通过波动方程正演计算能量分布的，但限于计算量大，实用化的不多。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种适用复杂介质的三维VSP观测系统设计方法，兼顾地震波的运动学特性和动力学特性，通过逆向射线追踪方法确定炮点排列；通过高斯射线束在目的层的能量延拓获取目的层的能量分布图，经过人工或软件自动补炮，完成目的层照明能量的均匀性；通过高斯射线束能量统计密度来优化接收排列。本发明为进一步的波场分离、数据叠加和成像提供保障。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种适用复杂介质的三维VSP观测系统设计方法，包括：

(1)确定目的层和炮点设置范围；可以根据勘探任务和地质目标确定目的层位和炮点设置范围；

(2)根据工区的现有的包括钻进、声波、密度测井资料、已有的地震、地质资料在内的资料建立工区三维数学模型；

(3)根据常规VSP设计方法确定井中检波器的摆放位置和排列方式，然后利用射线运动学逆向追踪算法，确定地面炮点的排列方式；此时的是一个均匀的炮点排列，是一个大概的位置。

(4)在目的层上划分面元，计算面元入射能量：用高斯射线束计算从每个炮点出发，到达目的层的每个面元的能量，将所有能量在目的层面元的叠加生成目的层的波场能量分布图；

(5)通过使入射能量均匀化来确定最终炮点排列：通过加炮的方式来增强照明能量的薄弱区域，使目的层的波场能量均匀化。所述加炮的方式可以如下：对地面炮点排列进行区域划分，通常按1000mX1000m划分网格；对每一网格内的炮点向目的层进行单独照明，比较各网格对能量薄弱区的贡献大小，找出贡献较大的2～3个网格区域，进行加密炮计算，通常加密炮线距取原炮线距的1/2或1/3；

(6)调整检波器摆放位置：计算由炮点发出，经由目的层反射后到达井中接收检波器的高斯射线束能量，统计检波器接收能量密度获得能量密度图，根据所述能量密度图，调整检波器的摆放位置和密度。

所述步骤(3)是这样实现的：

在目的层不为水平界面的情况下，经过面元中心CRP1、CRP2、CRP3到达接收点R1、R2的射线路径分别为：S1-CRP1-R1、S2-CRP1-R2、S3-CRP2-R1、S4-CRP2-R2、S5-CRP3-R1、S6-CRP3-R2；其中S1、S2、S3、S4、S5、S6是在已知R1、R2和CRP1、CRP2、CRP3的情况下由射线逆向追踪获得的理想炮点位置；

对于所有的接收点R1、R2和所有目的层面元都求出其理想炮点位置，把它们投射到平面上获得炮点分布密度平面图；

根据所述炮点密度平面分布图，在密度较大的区域布设更多的炮点，在密度较小的区域布设相对较少的炮点，最后获得炮线布设图。

所述步骤(4)中的面元入射能量是用于统计炮点对目的层面元的照明能量分布；

用高斯射线束计算从每个炮点出发，到达目的层的每个面元的能量，将所有能量在目的层面元的叠加生成目的层的波场能量分布图具体包括：

(a)利用运动学射线追踪获得所有从炮点出发到达目的层的高斯射线束；

(b)叠加高斯射线束对目的层面元的能量：对于其中每一条高斯射线束，找出它所覆盖的所有目的层面元，利用高斯射线束公式，计算出射线束在该位置上的能量ECell(x，y)，并叠加到面元上；当把所有炮点发出的高斯射线束能量，都一一投射到目的层面元进行叠加后，得到目的层的波场能量分布图。

所述步骤(4)中的面元大小确定为10mX10m～30mX30m，主要根据勘探精细程度的要求确定，勘探要求高的采用较小的面元；

所述步骤(6)是这样实现的：

检波器接收能量用于统计炮点所发出的能量，经目的层反射后被井中检波器接收的情况；

统计检波器接收能量密度获得能量密度图；

通过对检波器接收能量的分析，找出井中检波器有利的接收位置；

调整检波器位置：检波器总数不变，在接收能量密度大的地方放置更多的检波器；

所述统计检波器接收能量密度获得能量密度图是这样实现的：

(a)对每一炮点和每一个目的层面元，进行激发点-反射点-接收点的正向运动学射线追踪，获得所有通过目的层反射的高斯射线束；

(b)叠加高斯射线束对检波器的能量：对于其中每一条高斯射线束，找出它所覆盖的所有检波器，即所有接收面元，利用高斯射线束公式，计算出射线束在该位置上的能量ERecv(x，y)，并叠加到检波器上，即接收面元上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所设计的VSP观测系统，运用了高斯照明能量均匀化的技术，兼顾了地震波传播的运动学和动力学特性，能够在起伏地表和复杂介质地区获得全面的目的层反射波信息。这为后续提高VSP资料处理(包括波场分离、道集叠加和数据成像)质量创造了条件。

附图说明

图1是复杂介质对波的运动学传播的影响示意图。

图2是复杂介质对波的动力学传播(高斯射线束能量)的影响示意图。

图3是本发明方法的步骤框图。

图4是运动学射线追踪示意图。

图5a是炮点密度图。

图5b是炮线排列图。

图6a是面元入射能量示意图。

图6b是检波器接收能量示意图。

图7a是高斯射线束的振幅分布示意图。

图7b是高斯射线束接收能量叠加示意图。

图8是高斯射线中心坐标系示意图。

图9a是优化前(加炮前)的入射面元能量统计图。

图9b是优化后(加炮后)的入射面元能量统计图。

图10a是检波器接收能量统计图。

图10b是优化后的检波器排列示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

在常规VSP观测系统设计中，通常假设水平地表和层状介质，即便考虑了一些地表起伏因素和非水平介质因素，其追求的目标任然是目的层的覆盖次数均匀性。本发明采用逆向射线追踪确定炮点排列，运用高斯射线束能量照明的均匀性来修正炮点排列，从接收能量最大化来优化接收排列设计。本发明从工区地质模型出发，兼顾了地震波的运动学和动力学特性，对复杂介质探区能获得更全面真实的野外资料，为进一步的波场分离和偏移成像提供根本保证。

(1)复杂构造对VSP观测带来的影响

从动力学角度看，在复杂介质和起伏地表情况下，按常规方法设计的VSP观测系统，其共反射点(CRP)位置将发生严重偏离，这将导致检波器接收的数据失去真实性，从而严重影响数据的叠加和偏移结果。

如图1所示，R1、R2为井中检波器接收点，把目的层视为水平层时，经过CRP点的2个叠加道集的射线路经为S1’-CRP-R1和S2’-CRP-R2，然而由于目的层的构造起伏，实际的射线轨迹变为S1’-P1-R1和S2’-P2-R2，显然P1和P2的位置已经远离CRP点的位置，它们已经不是反映同一个面元的信息。如果把这2道数据进行叠加，就得不到好的结果。图1中S1和S2发出的射线(S1-CRP-R1和S2-CRP-R2)，经过CRP点反射后正好到达R1和R2点，这2条射线的数据叠加才能增强CRP点的有效信息。

目的层的构造越复杂，P1、P2点位置偏离CRP点就越远，投射到地面S1’-S1和S2’-S2的距离也越远。VSP观测由于检波器放在井中接近目的层的位置，对这种偏离越加敏感。而VSP勘探的目的就是查清井旁目的层的精细构造和岩性，对这种偏离是不能容忍的。

从动力学角度来说，当目的层为复杂介质的情况下，按常规方法设计的VSP观测系统，其炮点激发能量传播到目的层的能量统计是极不均匀的，检波器接收到的是目的层作为二次震源传播过来的能量，所以这也将导致检波器接收到的来自目的层的反射信息不够完整，这必然导致做波场反演和偏移成像时同样导致信息缺失。

如图2所示，方框标识的区域，由于地面炮点激发的能量传播到此区域的能量太弱，检波器很难接收到它的信息，而这样的区域往往是构造特别复杂的部分，也是VSP勘探的重点区域。总之，常规布设的VSP观测系统无法接收到目的层的全部信息，常常造成关键的复杂构造部分的信息缺失。

(2)基于目的层的VSP观测系统设计流程图

本发明的设计流程框图如图3所示。其实现步骤如下：

1.根据勘探任务和地质目标确定目的层位和炮点设置范围；

2.收集工区的现有资料(包括钻进、声波、密度测井资料，已有的地震、地质资料)，建立工区三维数学模型；

3.根据常规VSP设计方法确定井中检波器的摆放位置和排列方式；此时的是一个均匀的接收排列，是一个大概的位置。下面用到的面元中心是在目的层上划分的，面元大小确定为10mX10m～30mX30m，主要根据勘探精细程度的要求确定，勘探要求高的采用较小的面元；

4.利用射线运动学逆向追踪算法，确定地面炮点的排列方式。在复杂介质情况下，炮点将呈非规则排列(如图5a和图5b所示)；

5.面元入射能量计算，运用高斯射线束照明能量计算，把波场延拓到目的层，获得目的层的波场能量分布图(如图9a所示)

6.通过使入射能量均匀化确定最终炮点排列：通过加炮的方式来增强照明能量的薄弱区域(根据图9a，也就是“目的层的波场能量分布图”来判断能量薄弱区域，在图9a中，色调偏冷的部分为能量相对薄弱的区域，图9a中右边的色标旁标注了不同颜色对应的能量级别。加炮方法：对地面炮点排列进行区域划分，通常按1000mX1000m划分网格；对每一网格内的炮点向目的层进行单独照明，比较各网格对能量薄弱区的贡献大小，找出贡献较大的2～3个网格区域，进行加密炮计算，通常加密炮线距取原炮线距的1/2或1/3)，使目的层的波场能量均匀化(如图9b所示)。

7.检波器摆放位置调整：运用高斯射线束照明能量计算，统计检波器接收能量密度。根据能量密度图，调整检波器的摆放位置和密度(如图10a和图10b所示)

其中提到的关键技术在下面(3)、(4)、(5)、(6)、(7)中阐述。

(3)炮点布设排列的初步确定

如图4所示，在目的层不为水平界面的情况下，经过面元中心CRP1、CRP2、CRP3到达接收点R1、R2的射线路径分别为：S1-CRP1-R1、S2-CRP1-R2、S3-CRP2-R1、S4-CRP2-R2、S5-CRP3-R1、S6-CRP3-R2。其中S1、S2、S3、S4、S5、S6是在已知R1、R2和CRP1、CRP2、CRP3的情况下由射线逆向追踪获得的理想炮点位置。

对于所有的接收点R1……R2和所有目的层面元都可以求出其理想炮点位置，把它们投射到平面上就可以获得炮点分布密度平面图(即已知所有接收点和所有面元中心，然后求出炮点分布密度)，如图5a所示。

根据上述炮点密度平面分布图，在密度较大的区域布设更多的炮点，在密度较小的区域布设相对较少的炮点。最后可以确定出相应的炮线布设如图5b所示。

这样的炮点布设使得基于目的层的CRP面元属性，在运动学属性的均匀性大幅度提高。

(4)面元入射能量统计

面元入射能量用于统计炮点对目的层面元的照明能量分布(如图6a所示)。

计算高斯射线束对目的层面元照明的方法是：

(a)追踪出所有从炮点出发到达目的层的高斯射线束(指的是运动学射线追踪，其原理同下面“(6)射线(运动学)逆向追踪的实现”，所不同的是这里是正向的射线追踪，并且射线终点为目的层面元，即“激发点-目的层面元”的射线追踪)；

(b)叠加高斯射线束对目的层面元的能量；

(c)对于其中每一条高斯射线束，找出它所覆盖的所有目的层面元(通常确定高斯射线束能量管的半径范围为射线束中心能量衰减到50％以内，在这个半径范围内的面元，都是该高斯射线束贡献能量的范围)，利用高斯射线束公式，计算出射线束在该位置上的能量ECell(x，y)，并叠加到面元上(对于每个面元而言，不管落入本面元的高斯束能量是来自哪个激发点的，只要射线束射入本面元范围内，就累计加入本面元的能量，每根射线的能量振幅根据其离射线中心的距离成指数衰减(图9a))。

(5)检波器接收能量统计

如图6b所示，检波器接收能量用于统计炮点所发出的能量，经目的层反射后被井中检波器接收的情况。通过对检波器接收能量的分析，可以找出井中检波器有利的接收位置。图6a中，检波器能量密度大的用暖色调表示，能量密度小的用冷色调表示，调整检波器位置的原则是：检波器总数不变，在接收能量密度大的地方放置更多的检波器。通过改变检波器位置，实现接收能量最大化。调整后的接收排列入图6b所示。

计算检波器接收照明的方法是：

(a)追踪出所有通过目的层反射的高斯射线束，对每一炮点和每一个目的层面元，进行“激发点-反射点-接收点”的正向运动学射线追踪；

(b)叠加高斯射线束对检波器的能量，实情况下检波器只是一个点，为了统计高斯射线束能量的方便，本方法采用接收面元的概念。接收面元的大小定为检波器间距的1/4～1/5，本方法统计的能量实际是接收面元的能量叠加。具体叠加方法见下面(c)；

(c)对于其中每一条高斯射线束，找出它所覆盖的所有检波器(即所有接收面元)(确定高斯射线束能量管的半径范围为射线束中心能量衰减到50％以内，在这个半径范围内的接收面元，都是该高斯射线束贡献能量的范围)，利用高斯射线束公式，计算出射线束在该位置上的能量ERecv(x，y)，并叠加到检波器(接收面元)上。于每个检波器而言，不管落入本接收面元的高斯束能量是来自哪个激发点的，也不管它是经历哪个目的层面元的射线，只要射线束射入本接收面元范围内，就累计加入本接收面元的能量，每根射线的能量振幅根据其离射线中心的距离成指数衰减(图9a)。

(6)射线(运动学)逆向追踪的实现

射线追踪的理论基础是在高频近似的条件下，地震波场主能量沿射线轨迹附近传播。射线追踪方法主要采用费马原理(Fermat’sprinciple)、惠更斯原理(Huygens’principle)、斯涅尔定律(Snell’slaw)和程函方程(Eikonalequation)。

从Fermat原理出发，利用一阶Taylor不完全展开，可得到如下形式的迭代射线追踪算法(关于所有中间路径点的矩阵方程)：

$\left[\begin{array}{ccccccc}{A}_1& -{\mathrm{\Δ}}_1{B}_1& & & & & \\ -{\mathrm{\Δ}}_3{B}_1^T& A_2& -{\mathrm{\Δ}}_2{B}_2& & & & \\ & & .& .& .& & \\ & & .& .& .& & \\ & & .& .& .& & \\ & & & & {-\mathrm{\Δ}}_n{B}_{n-2}^T& A_{n-1}& -{\mathrm{\Δ}}_{n-1}{B}_{n-1}\\ & & & & & -{\mathrm{\Δ}}_{n+1}{B}_{n-1}^T& A_n\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Γ}}_1\\ {\mathrm{\Γ}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\Γ}}_n\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{D}_1\\ D_2\\ .\\ .\\ .\\ D_n\end{array}\right]$

其中：

$A_i^{\mathrm{1,1}}=(1+{\mathrm{\θ}}_i^2)({\mathrm{\Δ}}_i+{\mathrm{\Δ}}_{i+1})$

$B_i^{\mathrm{1,1}}=1+{\mathrm{\θ}}_i{\mathrm{\θ}}_{i+1}$

$D_i^1={\mathrm{\Δ}}_i(a_{i+1}+{\mathrm{\θ}}_i{c}_{i+1})-{\mathrm{\Δ}}_{i+1}(a_i+{\mathrm{\θ}}_i{c}_i)$

${\mathrm{\Γ}}_i=\left|\begin{array}{c}{\mathrm{\Δx}}_i\\ {\mathrm{\Δy}}_i\end{array}\right|$ ${\mathrm{\θ}}_i=\frac{{\∂z}_i}{{\∂x}_i}$ Δ_i＝v_il_i

a_i＝x_i-x_i+1，b_i＝y_i-y_i+1，c_i＝z_i(x_i，y_i)-z_i+1(x_i+1，y_i+1)

上式可简写为：

B·T＝D

其中B为2nX2n阶矩阵，T为2n×1阶矩阵，D为2n×1阶矩阵，n为介质模型的层数。通过求解上述方程，可以求得射线中间点的位移修正量，修正后的位移代入上式，可以求得新的修正量，这样不断迭代，最终求得精确射线路径。

现在已知接收点R和共反射点CRP的情况下，可以利用上述方程先求得R-CRP半支的射线路径。有了半支射线路径，就知道了射线在数学模型中每一层的出(入)射角，由此可以逐步推算出射线在每一层的出(入)射点位置，直至地面。这样就可以求得经过CRP面元中心的每条射线的入射点(即炮点)位置。

(7)高斯射线束的实现

高斯射线束方法将波动与射线方法紧密结合起来。同时考虑了弹性波的动力学和运动学特征，无需两点射线追踪，运算速度快、精度高，对焦散、阴影区都有较好的效果。

高斯射线束可以被看作是一条从震源出发以射线为中心的能量管，射线束的振幅分布以偏离中心射线的距离平方呈指数衰减(图7a和图7b所示)。而接收点R或地下成像点处的波场，被看作是由多条从震源点S出发，在R点一定范围内的高斯射线束能量的叠加。

高斯射线束公式是建立在射线中心坐标系下(如图8所示)，波动方程集中于射线附近的高频渐近解。它给出了中心射线附近高频能量的分布：

$u(s,n,\mathrm{\ω})=\frac{\mathrm{\ψ}}{\sqrt{\mathrm{\ρ}\left(s\right)v\left(s\right)q\left(s\right)}}\exp \±\{\mathrm{i\ω\τ}\left(s\right)+\frac{\mathrm{i\ω}}{2}\frac{p\left(s\right)}{q\left(s\right)}{n}^2\}$

式中u表示纵波位移，指数部分-号表示正向延拓(正演)，+号表示反向延拓。(s，n)为计算点在中心射线坐标系下的射线坐标。v表示中心射线的速度，τ为中心射线旅行时。p(s)和q(s)为沿中心射线变化的复值动力学参数，它们满足如下常微分方程组：

$\frac{\mathrm{dq}}{\mathrm{ds}}=\mathrm{vp}\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{ds}}=-v^{-2}\frac{{\∂}^{2}v}{{\∂n}^2}q$

对前面的公式进行变换，可以得到如下更具物理意义的高斯射线束表达形式

$u(s,n,\mathrm{\ω})=A\left(s\right)\exp \{\mathrm{i\ω\τ}\left(s\right)+\frac{\mathrm{i\ω}}{2v\left(s\right)}K\left(s\right)n^2-\frac{n^2}{L^2\left(s\right)}\}$

其中：K(s)＝v(s)Re[p(s)/q(s)]

$L\left(s\right)={\left\{\frac{\mathrm{\ω}}{2}\mathrm{Im}\right[p\left(s\right)/q\left(s\right)\left]\right\}}^{-(1/2)}$

式中A为高斯射线束振幅，K表示射线束的波前曲率，L表示射线的有效半宽度，L决定了高斯射线束振幅在中心射线附近的分布，由于振幅分布类似于高斯分布故而得名为高斯射线束。

本发明针对起伏地表和复杂介质地区的地震波传播常常出现能量盲区的难点，采用逆向射线追踪和高斯射线束照明能量均匀化的方法，优化炮点布设，通过高斯射线束能量统计密度来优化接收排列，从而改善了VSP野外采集资料的全面性，为偏移成像时目的层准确归位提供了保障。高斯射线束照明方法兼顾了地震波的运动学和动力学特征，在提供较为全面波场信息的同时，计算速度很快，普通微机就能胜任。本方法简单实用，易于推广应用。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (6)

1.一种适用复杂介质的三维VSP观测系统设计方法，其特征在于：所述方法包括：

(1)确定目的层和炮点设置范围；

(2)根据工区的现有的包括钻进、声波、密度测井资料、已有的地震、地质资料在内的资料建立工区三维数学模型；

(3)根据常规VSP设计方法确定井中检波器的摆放位置和排列方式，然后利用射线运动学逆向追踪算法，确定地面炮点的排列方式；

(4)在目的层上划分面元，计算面元入射能量：用高斯射线束计算从每个炮点出发，到达目的层的每个面元的能量，将所有能量在目的层面元的叠加生成目的层的波场能量分布图；

(5)通过使入射能量均匀化来确定最终炮点排列：通过加炮的方式来增强照明能量的薄弱区域，使目的层的波场能量均匀化；

(6)调整检波器摆放位置：计算由炮点发出，经由目的层反射后到达井中接收检波器的高斯射线束能量，统计检波器接收能量密度获得能量密度图，根据所述能量密度图，调整检波器的摆放位置和密度。

2.根据权利要求1所述的适用复杂介质的三维VSP观测系统设计方法，其特征在于：所述步骤(3)是这样实现的：

在目的层不为水平界面的情况下，经过面元中心CRP1、CRP2、CRP3到达接收点R1、R2的射线路径分别为：S1-CRP1-R1、S2-CRP1-R2、S3-CRP2-R1、S4-CRP2-R2、S5-CRP3-R1、S6-CRP3-R2；其中S1、S2、S3、S4、S5、S6是在已知R1、R2和CRP1、CRP2、CRP3的情况下由射线逆向追踪获得的理想炮点位置；

对于所有的接收点R1、R2和所有目的层面元都求出其理想炮点位置，把它们投射到平面上获得炮点分布密度平面图；

根据所述炮点密度平面分布图，在密度较大的区域布设更多的炮点，在密度较小的区域布设相对较少的炮点，最后获得炮线布设图。

3.根据权利要求2所述的适用复杂介质的三维VSP观测系统设计方法，其特征在于：所述步骤(4)中的面元入射能量是用于统计炮点对目的层面元的照明能量分布；

用高斯射线束计算从每个炮点出发，到达目的层的每个面元的能量，将所有能量在目的层面元的叠加生成目的层的波场能量分布图具体包括：

(a)利用运动学射线追踪获得所有从炮点出发到达目的层的高斯射线束；

(b)叠加高斯射线束对目的层面元的能量：对于其中每一条高斯射线束，找出它所覆盖的所有目的层面元，利用高斯射线束公式，计算出射线束在该位置上的能量ECell(x，y)，并叠加到面元上；当把所有炮点发出的高斯射线束能量，都一一投射到目的层面元进行叠加后，得到目的层的波场能量分布图。

4.根据权利要求3所述的适用复杂介质的三维VSP观测系统设计方法，其特征在于：所述步骤(4)中的面元大小确定为10mX10m～30mX30m。

5.根据权利要求1所述的适用复杂介质的三维VSP观测系统设计方法，其特征在于：所述步骤(6)是这样实现的：

检波器接收能量用于统计炮点所发出的能量，经目的层反射后被井中检波器接收的情况；

统计检波器接收能量密度获得能量密度图；

通过对检波器接收能量的分析，找出井中检波器有利的接收位置；

调整检波器位置：检波器总数不变，在接收能量密度大的地方放置更多的检波器。

6.根据权利要求5所述的适用复杂介质的三维VSP观测系统设计方法，其特征在于：所述统计检波器接收能量密度获得能量密度图是这样实现的：

(a)对每一炮点和每一个目的层面元，进行激发点-反射点-接收点的正向运动学射线追踪，获得所有通过目的层反射的高斯射线束；

(b)叠加高斯射线束对检波器的能量：对于其中每一条高斯射线束，找出它所覆盖的所有检波器，即所有接收面元，利用高斯射线束公式，计算出射线束在该位置上的能量ERecv(x，y)，并叠加到检波器上，即接收面元上。